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  • 串行接口的基本特点

    千次阅读 2015-01-27 16:26:23
    其中,方式0主要用于外接移位寄存器,以扩展单片机I/O电路;工作方式1多用于双机之间或与外设电路通信;方式2、3除有方式1的功能外,还可以作多机通信,以构成分布式多微机系统。  串行端口有两个控制寄存器...

    MCS-51单片机的串行端口有4种基本工作方式,通过编程设置,可以使其工作在任一方式,以满足不同场合的需要。其中,方式0主要用于外接移位寄存器,以扩展单片机的I/O电路;工作方式1多用于双机之间或与外设电路的通信;方式2、3除有方式1的功能外,还可以作多机通信,以构成分布式多微机系统。 

    串行端口有两个控制寄存器SCON、PCON,用于设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送波特率[每秒传送的位数]以及作为中断标志等。

    串行端口有一个数据寄存器SBUF在特殊功能寄存器中的字节地址为99H,该寄存器为发送和接收所共用。

    串行端口的波特率可以用程序来控制。在不同工作方式中,由时钟振荡频率分频值或由定时器T1的定时溢出时间确定,使用十分方便灵活。


    串口控制寄存器

      输入:在(REN)=1时,串行口采样RXD引脚,当采样到1至O的跳变时,确认是串行发送来的一帧数据的开始位0,从而开始接收一帧数据。只有当8位数据接收完,并检测到高电平停止位后,只有满足①(R1)=0;②(SM2)=0或接收到的第9位数据为1时,停止位才进入RB8,8位数据才能进入接收寄存器,并由硬件置位中断标志RI;否则信息丢失。所以在方式1接收时,应先用软件清零RI和SM2标志。

    1. 方式2

      方式2为固定波特率的11位UART方式。它比方式1增加了一位可程控为1或0的第9位数据。

    输出:发送的串行数据由TXD端输出一帧信息为11位,附加的第9位来自SCON寄存器的TB8位,用软件置位或复位。它可作为多机通讯中地址/数据信息的标志位,也可以作为数据的奇偶校验位。当CPU执行一条数据写入SUBF的指令且TI=0时,就启动发送器发送。发送一帧信息后,置位中断标志TI。

    输入:在(REN)=1时,串行口采样RXD引脚,当采样到1至O的跳变时,确认是串行发送来的一帧数据的开始位0,从而开始接收一帧数据。在接收到附加的第9位数据后,当满足①(RI):0;②(SM2)=0或接收到的第9位数据为1时,第9位数据才进入RB8,8位数据才能进入接收寄存器,并由硬件置位中断标志Ri;否则信息丢失。且不置位RI。

    2. 工作方式3

    方式3为波特率可变的11位UART方式。除波特率外,其余与方式2相同。
    波特率的选择
         如前所述,在串行通讯中,收发双方的数据传送率(波特率)要有一定的约定。在MCS-51串行口的四种工作方式中,方式0和2的波特率是固定的,而方式1和3的波特率是可变的,由定时器T1的溢出率控制。

    1> 方式1

    方式1的波特率固定为主振频率  的1/12。

    2> 方式2

    方式2的波特率由PCON中的选择位SMOD来决定,可表示为:波特率=2sMoD×fosc/64也就是当SMOD=1时,波特率为1/32×fosc,当SMOD=0时,波特率为1/64×fosc。

    3> 方式1和方式3

     定时器T1作为波特率发生器,其公式如下:

    波特率=2SMOD/32×定时器T1溢出率

     T1溢出率=T1计数率/产生溢出所需的周期

     式中T1计数率取决于它工作在定时器状态还是计数器状态。当工作于定时器状态时,T1计数率为Fosc/2:当工作于计数器状态时,T1计数率为外部输入频率,此频率应小于Fosc/24。产生溢出所需周期与定时器T1的工作方式、T1的预置值有关。

     定时器T1工作于方式O:溢出所需周期数=8192-X

     定时器T1工作于方式1:溢出所需周期数=65536-X

     定时器T1工作于方式2:溢出所需周期数=256-X

     因为方式2为自动重装入初值的8位定时器/计数器模式,所以用它来做波特率发生器最恰当。这种方式下,T1的溢出率[次/秒]计算式可以表示为:

    T1溢出率=Fsoc/12[256-X]



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    我们之前已经分享了LIN、CAN、CAN FD、FlexRay总线。在开始阅读之前,如果你对已介绍的总线技术还不了解的话,可以先阅读以下文章快速温习一下,等补完车载以太网和MOST,汽车总线技术楼主基本分享结束了。

    说一说LIN总线

    CAN总线基础(一)

    CAN总线基础(下)

    CAN FD 介绍

    FlexRay 介绍

    背景

    车载以太网的出现背景楼主就不多做赘述了,其实主要是因汽车E/E架构和功能的复杂度提升而带来的对车辆数据传输带宽提高和通讯方式改变(基于服务的通讯-SOA)的需求。

    就目前汽车总线的应用情况,成本低、可靠性高、应用普遍的有Lin、CAN通讯,CAN FD也是最近几年才逐渐得到应用,而FlexRay、车载Ethernet等基于成本因素,目前主要在高端车型中使用。

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    其中楼主之前介绍的FlexRay后续到普遍应用的可能性楼主认为不是很大,首先成本方面与车载以太网差不多而通讯速率又远低于它,而伴随着未来智能化、网联化的趋势,车载Ethernet在未来得到推广的可能性要比FlexRay高很多。需要注意的是CAN FD在市场推广实施还没有几年,第三代CAN总线-CAN XL也即将登场,CAN XL传输速率将达到10Mbit/s,可填补CAN FD和百兆车载以太网(100BASE-T1)之间的鸿沟,从这点也可以看出车载通讯的快速发展及对通讯带宽的越来越高的要求,同时也可从另一方面说明FlexRay的尴尬。当然所有总线的应用都是分所在的域和场景的,例如对于安全要求很高的场合,采用了基于时间触发机制的FlexRay因实时性和确定性更高则更合适。

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    标准

    在车载网络方面,玩家是很多的,也推出了各自的标准,如下:

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    其中OPEN Alliance电气与电子工程师协会(IEEE)制定的标准是车载以太网领域比重最大和应用最广泛的,例如我们熟知的100BASE-T11000BASE-T1

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    1980年以来,IEEE一直负责以太网的维护、开发和标准化。尽管各个公司都可提供专有的以太网解决方案,但大多数时候公司都会交给IEEE进行标准化以确保更广泛的应用。802工作组则专门负责以太网,因此,所有与以太网相关的标准都以802开头(例如,IEEE 802.1IEEE 802.2IEEE 802.3等)。

    OPEN Alliance SIG是由汽车制造商和供应商组成的联盟,目的是促进以太网在汽车工业中的进一步发展。OPEN Alliance SIGIEEE合作,将汽车以太网转换为通用标准。就目前的车载以太网标准方面,主流标准的是如下几个,目前主要是第二个100BASE-T1:用单对双绞线实现100Mbit/s的数据传输,走的靠前的OEM则使用更快的千兆以太网。

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    车载以太网的网络分层和拓扑

    OSI七层网络模型(OSI=Open Systems Interconnection)是互联网发展过程中一个很重要的模型。OSI是一个开放性的通信系统互连参考模型,其含义就是建议所有公司使用这个规范来控制网络。只有统一通信规范时,才能实现真正的互联化。OSI 七层模型及通信互联的传输过程,如下图所示:

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    OSI 七层网络模型是一个理想的网络参考模型,TCP/IP模型是已经被实际广泛应用于因特网的网络分层模型。TCP/IP 模型没有对 OSI 5~7 层做严格区分,统称为应用层

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    车载以太网是基于 TCP/IP 的网络分层模型,并由 OPEN AUTOSAR 等联盟对以太网相关协议进行了规范和补充。

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    以太网的网络拓扑结构有点对点形式、类似于CANLIN的总线形式、链式和星型等形式:

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    也有由上面几种形式的组合形式:

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    当然现在多个节点的车载以太网的互联互通需要交换机Switch,Switch的作用如下:

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    车载以太网的物理连接

    从硬件的角度看,以太网接口电路主要由MAC(Media Access Control)控制器和物理层接口PHY(Physical LayerPHY)两大部分构成,如下图所示:

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    MACPHY工作在OSI七层模型的数据链路层和物理层,如下

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    PHYMAC之间是如何传送数据和相互沟通的呢?MACPHY之间通过两个接口连接,分别为SMI接口和MII接口。

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    MII(Media Independent Interface)即媒体独立接口,MII接口是MACPHY连接的标准接口,以太网MAC通过该接口发出数据帧经过PHY后传输到其他网络节点上,同时其他网络节点的数据先经过PHY后再由MAC接收MIIIEEE-802.3定义的以太网行业标准,MII接口提供了MACPHY之间、PHYSTA(Station Management)之间的互联技术,该接口支持10Mb/s100Mb/s的数据传输速率,数据传输的位宽为4位。"媒体独立"表明在不对MAC硬件重新设计或替换的情况下,任何类型的PHY设备都可以正常工作802.3协议最多支持32PHY,但有一定的限制:要符合协议要求的connector特性。

    SMI叫串行管理接口,以太网MAC通过该接口可以访问PHY的寄存器,通过对这些寄存器操作可对PHY进行控制和管理。SMI接口包括MDIO(控制和管理PHY以获取PHY的状态)和MDC(为MDIO提供时钟)。MDCMAC提供,MDIO是一根双向的数据线。用来传送MAC层的控制信息和物理层的状态信息。MDIO数据与MDC时钟同步,在MDC上升沿有效。

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    由此可见,MAC PHY,一个是数据链路层,一个是物理层;两者通过MII传送数据。 因此Ethernet的接口实质是MAC通过MII总线控制PHY的过程

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    MII接口后续又衍生了很多其他版本,如RMIIGMIISGMIIRGMII等。这里简要介绍其中的MIIRMII,如下图所示。MII共使用了16根线。其中CRSCOL只在半双工模式有效,而车载以太网固定工作在全双工模式下,故应用在汽车环境需要14根线

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    RMII是精简版的MII,数据发送接收均为两根,相比MII减少了4根,另外它整合或减去了一些线,最终RMII只有8根线RMII的接口如下:

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    在实际的设计中,以上三部分并不一定独立分开的。由于,PHY整合了大量模拟硬件,而MAC是典型的全数字器件。考虑到芯片面积及模拟/数字混合架构的原因,通常,MAC集成进微控制器而将PHY留在片外。更灵活、密度更高的芯片技术已经可以实现MACPHY的单芯片整合,可分为下列几种类型:

    CPU集成MACPHY,目前来说并不多见:

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    CPU集成MACPHY采用独立芯片,这种在车载以太网上是主流方式,因嵌入式芯片厂商一般都将MAC集成在MCU内部,而PHY芯片则由OEM或控制器供应商自己选择:

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    CPU不集成MACPHYMACPHY采用集成芯片。这种在消费用以太网上比较比较常见,如电脑的网卡有这种方式的。

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    在以太网连接线束上,车载以太网与消费用以太网也是不同的,首先消费用以太网的标准主要采用10BASE-2、10/100BASE-TX和1000BASE-T,其中1000BASE-T是使用RJ45接口,需要四对双绞线共8根线进行数据传输,而10/100BASE-TX则是只使用四对双绞线其中的两对共4根线进行数据传输,如下是100BASE-TX的示意图(使用了两对双绞线)。

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    在很早之前的10BASE-2则是同轴电缆进行数据传输,因此消费类以太网采用线束总结如下:

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    车载以太网一般都基本采用带T1的标准,如IEEE 100BASE-T1(以前称为OABR)、IEEE 1000BASE-T1,这些都使用一对双绞线共两根线进行数据传输:

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    其次在编码方式上,1000BASE-T主要采用PAM5的编码方式:

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    车载以太网100BASE-T1和1000BASE-T1主要采用PAM3的编码方式。

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    从上面可知,车载以太网主要采用基于一对双绞线进行数据传输的100BASE-T1或1000BASE-T1标准,而我们电脑则使用RJ45接口采用基于4对双绞线进行数据传输的1000BASE-TX标准,因此当我们用电脑测量控制器以太网时,有时需要转换器,如下:

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    车载以太网帧结构

    以太网帧的格式如下:

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    以太帧有多种类型,不同类型的帧具有不同的格式和MTU值,但在同种物理媒体上都可同时存在。常见有两种帧格式第一种是上世纪80年代初提出的DIX v2格式,即Ethernet II帧格式。Ethernet II后来被IEEE802标准接纳,并写进了IEEE802.3x-1997的3.2.6节。

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    第二种是1983年提出的IEEE802.3格式

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    这两种格式的主要区别在于,Ethernet II格式中包含一个Type字段,标识以太帧处理完成之后将被发送到哪个上层协议进行处理。IEEE802.3格式中,同样的位置是长度字段。

    不同的Type字段值可以用来区别这两种帧的类型,当Type字段值小于等于1500(或者十六进制的0x05DC)时,帧使用的是IEEE802.3格式。当Type字段值大于等于1536(或者十六进制的0x0600)时,帧使用的是Ethernet II格式。以太网中大多数的数据帧使用的是Ethernet  II格式

    以太帧中还包括源和目的MAC地址,分别代表发送者的MAC和接收者的MAC,此外还有帧校验序列字段,用于检验传输过程中帧的完整性。

    汽车行业通常使用Ethernet  II格式,该格式还可包含VLAN信息作为扩展,因此,又分基本MAC帧(无VLAN)和标记MAC帧(包括VLAN)两种。

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    MAC addresses: Ethernet II帧通常以接收者目标地址开头。 作用是指定要接收消息的网络节点。 与随后的发送者源地址相反,除单播地址外,还可以使用多播或广播地址。对于以太网帧,只能有一个发送方,但可以有多个接收方。

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    Ether type: 基本和标记的MAC帧通过类型字段(以太类型)进行区分。 这通常标识有效载荷数据区域中包含的分组,并给出有关较高层中使用的协议(例如,IPv4)的信息。如果以太类型的值为0x8100,则将类型字段向后移四个字节,并在其原始位置插入一个VLAN标签。

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    VLAN TagVLAN标签由协议标识符(TPID)和控制信息(TCI)组成。 TPID包含原始类型字段的值,而TCI由优先级(PCP),符合丢弃要求或规范的形式指示符(DEICFI)和标识符(VID)组成。标识符和优先级主要用于汽车行业。标识符区分不同应用区域的相应虚拟网络。优先级允许通过交换机优化运行时间,以便优先转发重要信息。

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    Payload:在类型字段之后,以太帧包含有效载荷数据区域。 有效负载的最小长度为不带VLAN标记的46字节或带VLAN标记的42字节, 在汽车工业中,它最多可以包含1500个字节

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    CRC校验:CRC校验在以太帧的末尾发送。 校验中包含的值是使用标准化算法计算的,该算法在发送方和接收方中以相同的方式实现。该计算是在以太帧的所有字段中进行的,因此可以确保整个消息的完整性。

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    以太网Packet: 对于以太网II帧的传输,以太网控制器在开头插入前同步码和起始帧定界符(SFD),用于指示传输开始。前同步码,开始帧定界符和以太帧的组合称为以太网数据包

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    车载以太网帧传输过程

    上面我们已经提到,车载以太网基于TCP/IP的网络模型,因此我们先不考虑应用层数据是根据哪种应用层协议组织的,从应用层来的数据,经过传输层会加上TCP/UDP报头,再到网络层的IP报头,然后到链路层增加MAC地址等信息,最后由PHY转换成线路上的二进制流实现在发送端和接收端的数据传输。

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    其中上面传输层的TCP协议和网络层的IP协议,楼主在本篇文章中就不过多赘述了,大家感兴趣的请自行查询了解。而应用层协议有不少,例如DoIP、DHCP、SOME/IP等,而最重要的车载以太网应用层协议主要是SOME/IP协议,关于这部分的阐述楼主放到下一篇。

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    参考文献:

    1、Ethernet introduction(BOSCH、Tektronix、Vector、CSDN等资料)

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    虽然写这个博客主要目的是为了给我自己做一个思路记忆录,但是如果你恰好点了进来,那么先对你说一声欢迎。我并不是什么大触,只是一个菜菜的学生,如果您发现了什么错误或者您对于某些地方有更好的意见,非常欢迎您的斧正!

    目录

    第1节——串行通信的相关概念

    ●串行传送

    ●串行通信的传送方向:单工、全双工、半双工

    第2节——串行通信接口标准—RS232C

    ●RS — 232接口标准

    ●信号功能定义

    ●串行通信的信号线的连接

    第3节——串行接口芯片8251A

    ●8251A的主要功能

    8251A的特点

    8251A内部结构

    ●接收器的工作过程

    ●发送器的工作过程

    ●8251A的外部引脚和特性

    第4节——8251A操作和命令

    ❶方式命令字

    ❷工作命令

    ❸状态字


    第1节——串行通信的相关概念

    ●串行传送的特点

    ●异步通信和同步通信

    ●信号的调制和解调

    ●信息的检错与纠错

    ●波特率与发送/接收时钟

     

    ●串行传送

    ❶在一根传输线上逐位传送,既作数据线又作联络线

    ❷数据格式有固定的要求:异步通信同步通信

    ❸传送速率需要控制:波特率

    ❹既适合近距离传输又适合远距离传输(MODEM支持)

    ❺容易出现差错

     

    ●串行传送方式

    异步通信与同步通信

    ●异步串行通信

    概念:

    ▶以字符为单位传送。字符作为一帧数据随机出现

    ▶一旦传送开始,双方以约定速率,逐个传送字符中的每一位。

    特点:

    ▶字符随机出现:异步

    ▶位与位之间严格定时:同步

    ▶发和收双方不需严格同步和同频,允许相对延迟和频差。

     

    ●问题:如何实现串行通信的同步

    ▶在典型的串行通信系统中,不存在同步信号线

    ▶要实现有效的串行通信,通信双方遵从软硬件约定:波特率波特率因子通信格式

     

    ①波特率

    ▶指单位时间内传送二进制数据的位数,以位/秒为单位。

    ▶假如每秒传送120个字符,每字符含10bit。

      则波特率=10×120=1200bit/s

    ▶每位数据的传送时间Td = 1/1200 = 0.833ms

     

    ②波特率因子

    ▶发送端/接收端:发送时钟、接收时钟

    ▶传输线上每位数据持续长度对时钟周期的倍数:波特率因子

      波特率因子 = 每位长度 / 时钟周期

      1或16或32或64

     

    ③字符格式(起止式异步通信格式

    ▶每个数据都由起始位数据位奇偶校验位停止位组成。

    起止式异步通信格式

    起始位:1位,低电平(逻辑值0)

    数据位:5-8位:紧跟在起始位后面,传送的有效信息

    奇偶校验位:1位,可有可无

    停止位:1位,1.5位,2位;高电平。

    空闲位:紧跟停止位,个数不定,高电平。

     

    串行传送的过程

    ①首先约定通信格式和波特率

    ②传输开始后接收方检测传输线是否有起始位(电平下跳沿)

    ③起始位后接着是已协商好的若干数据位、校验位、停止位

    ④当出现停止位时表示一个字符传输的结束

    ⑤去掉停止位,进行奇偶校验,确认接收正确

    ⑥继续开始监视下一个数据传输的起始位

    起止位的作用

    ①起始位和停止位作为联络信号被附加到传输过程中。

    ②一定程度消除了收发双方时钟带来的传输误差;

    ③缺点:降低了传输效率

    ●串行通信的传送方向:单工、全双工、半双工

    单工

    通信双方中,一方固定当发送方发送数据,另一方固定当接收方接收数据。

    全双工

    数据可以在两个方向上同时传送。

    特点

    ①使用二根传输线

    ②双方都具有发送器和接收器,能同时收发数据。

    ③适合实时的交互式的数据传送。

    ❸半双工

    数据可以在两个方向上传送,但是不同同时进行。

    特点

    ①一根传输线

    ②双方都具有发送器和接收器,但不可同时发送和接收。

    ③通过“收/发开关”切换发送和接收的功能

    第2节——串行通信接口标准—RS232C

    ●调制和解调

    ▶传送前:数字变为模拟信号(调制:调制器, Modulate )

    ▶接收时:模拟还原数字信号(解调:解调器, Demodulate )

    ▶调制解调器(MODEM) :同时具有调制和解调两种作用

    ●RS — 232接口标准

    ▶适合于传输速率0-20Kb/s的通信

    ▶数据终端设备(DTE)与数据通信设备(DCE)之间的接口。

               DTE:处理二进制信号的设备(计算机)。

               DCE:信号匹配器,管理通信连接(MODEM)。

    ●RS232C

    ▶①接口的机械性能

    ▶②接口的电气特性

    ▶③接口的信号功能

    ▶④接口的连接方式

    ①机械特性——连接器类型和电缆长度

    ▶DB-25针

    ▶DB-9针

    ♦2个数据线

    ♦6个控制线

    ♦1个地线

    ▶电缆长度

    ♦(20kb/s)直连 < 15M

    ♦零MODEM

    ②电气特性——EIA逻辑

    ▶信号的逻辑定义

    ♦1:-5V~-15V

    ♦0:+5V~+15V

    ♦负逻辑

    ▶电平特点

    ♦范围宽,电压高

    抑制噪声

    增加距离

    ▶与TTL电平(0-5V)的转换

    ♦TTL->EIA:MC1488

    ♦EIA->TTL:MC1489

    ♦TTL<-->EIA:MAX232(0-5V<-->10V<-->-10V)

    ●信号功能定义

    ●串行通信的信号线的连接

    ❶近距离连接(<15m),不适用MODEM(调制解调器)

       ♦仅使用3条线(发送线TxD,接收线RxD,信号地线SG)

       ♦注意:ExD和TxD的交叉连接

    ❷远距离连接(>15m)使用MODEM,交换电话线

       ♦RI:表示MODEM收到交换台的呼叫

       ♦DTR:MODEM收到呼叫后给对方应答,从而建立通信链路

    ❸远距离连接(>15m)使用MODEM,专用传输线

    ♦不适用DTR(4号)和RI(9号)进行联络与控制

    第3节——串行接口芯片8251A

    ●8251A的主要功能

    ❶串行数据←→并行数据

    ❷接收外设送来的串行数据→并行数据送给CPU

    ❸接收CPU送来的并行数据→串行数据送给外设

                ♦串行数据←→并行数据

                ♦格式化数据

                ♦错误检测和纠正

                ♦提供符合RS232C标准的信号线

    ❹缺乏:

                ♦电平适配:EIA电平←→TTL电平

                ♦传输速率控制

    8251A的特点

    ♦①支持异步通信同步通信

    ♦②(同步通信)可设定停止位为1位、1位办或2位

    ♦③(同步通信)可设定同步方式:单同步、双同步或外同步。同步字符可由用户自己设定

    ♦④可设定奇偶校验方式或不检验。校验位的插入、检出及检错都由芯片本身完成。

    ♦⑤(异步通信)可设定时钟频率:波特率的1倍、16倍或64倍

    ♦⑥可设定波特率:0~19.2K(异步通信),0~64K(同步通信)

    ♦⑦接收数据、发送数据有分开的缓冲器,可进行全双工通信

    ♦⑧提供与外设(MODEM)的联络信号,便于和通信线路相连接

    8251A内部结构

    ●I/O缓冲器

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    ①接收缓冲器

         ♦串口收到的数据变成并行数据后,存这里供CPU读取。

    ②发送数据/命令缓冲器

         ♦CPU送来的并行数据存放在这里,准备向外发送

         ♦CPU命令存放在这里

    ③状态缓冲器

         ♦存放8251A状态供CPU查询

    ●读/写逻辑控制

    接收CPU的控制信号,控制数据的传送方向

    ●调制解调器控制

    提供和调制解调器的联络信号

    ●接收器及接收控制

    从RxD接收串行数据,按字符格式装配成并行数据

    接收器的工作过程

    ❶从RxD逐位接收串行码,转为并行码送到DB上

    ❷串口允许接收

    ❸接收控制电路监视RxD的电平,一旦出现低电平

    ❹开始采样数据位,并逐位移入接受移位寄存器中。采用重复进行,直至采样规定的停止位为止

    ❺将有效数据并行送入接收数据寄存器,并由奇偶检测逻辑输入数据进行奇偶校验,并根据校验结果置状态寄存器相应标志位

    ❻CPU读取数据

     

    ●发送器及发送控制

    从CPU接收并行数据,自动加上适当的控制信号并转换成串行数据后从TxD引脚发送出去

     

    发送器的工作过程

    ❶发送器接收CPU送来的并行数据,加上起始位奇偶校验位停止位,转换为串行码逐位送到TxD发送

    ❷CPU把要输出的数据写入发送数据寄存器

    ❸发送控制逻辑对数据格式化,即加上起始位、奇偶校验位和停止位等信息

    ❹格式化后的数据由发送移位寄存器按选定的传输速率逐位移出,由TxD逐位输出

    8251A的外部引脚和特性

    面向CPU的信号

    面向外设(MODEM)的信号

    时钟信号

    面向CPU的信号

    ①D0~D7: 双向三态数据总线

    ②WR,RD:读,写控制信号

    ③CS:片选信号

    ④RESET:芯片复位

    ⑤C/D

              区分命令(含状态)或数据

              与A0连接,区分两个端口

    ●8251A的端口和读写操作

    面向CPU的信号(和发送相关)

    ①TxRDY

                  ♦输出,发送准备好,高电平有效

                  ♦发送寄存器空闲,以通知CPU可以送来新的数据,当CPU写入新的数据后,变低电平

                  ♦用法:产生中断请求信号或查询状态寄存器D0位

    ②TxE

                  ♦输出,发送器空,高电平有效。

                  ♦表示发送器的发送移位寄存器的数据发送完毕

                  ♦用法:产生中断请求信号或查询状态寄存器D2位

    发送过程

    TxRDY有效→CPU写数据到8251A→8251发数据→发送完毕,TxE有效

    面向CPU的信号(和接收相关)

    ①RxRDY

    接收器准备好,高电平有效

         ♦已从RxD收到字符准备送CPU

         ♦CPu取走数据后,RxRDY变低

         ♦用法:产生中断或查询状态寄存器D1位

    ②SYNDET/BD

    同步检测信号

                ♦同步方式:同步检测(内同步输出,外同步输入)

                ♦异步方式:间断检测(输出:检测到间断码输出高电平)

    ●接收过程

    8251接收数据→RxRDY有效→CPU读8251

    ●面向外设的引脚(发送相关)发送数据线和相关联络信号

    ①TxD

               ♦发送数据的输出线

               ♦外设/Modem发来CTS=0开始发送

    ②RTS:请求发送,输出,低电平有效

               ♦通知外设/modem:DTE准备发送

               ♦通知工作命令的D5位  置1实现

    ③CTS:发送允许,输入信号,低电平有效

               ♦外设/MODEM对RTS的响应:允许8251A发送数据

    ●面向外设的引脚(接收相关):接收数据线和相关的联络信号

    ①RxD

               ♦串行数据接收线

    ②DTR:DTE准备好,输出,低有效

         ♦通知外设:已准备好接收新数据

         ♦通过工作命令D1位  置1实现

    ③DSR:DCE准备好,输入,低有效

         ♦DCE对DTR的响应,表示DEC已经准备好给DTR发送一个新数据

         ♦查询状态字D7位获得DSR状态

    ●时钟线

    ①RxC:接收器时钟

               ♦由外部提供,控制接收数据的速率

               ♦异步方式:RxC频率可以波特率的1倍16倍或64

               ♦同步方式:RxC的频率与波特率相同

    ②TxC:发送时时钟

               ♦由外部提供,其频率的选择和RxC相同。实际应用中把TxC和RxC连接同一个时钟源

               ♦数据在TxC的下降沿由发送器移位输出

    ③CLK:工作时钟

               ♦由外部时钟源提供。为芯片内部电路提供定时

               ♦异步方式CLK频率要大于RxC或TxC频率的30倍

    第4节——8251A操作和命令

    ❶方式命令字

    ●确定8251A通信方式(同步/异步)、校验方式(奇校验/偶校验/不校验)、停止位位数、数据位位数及波特率因子

    ●在复位后写入,且只需写入一次

    ●方式命令

    ①D1 D0:确定8251A是工作于同步方式还是异步方式:D1D0=00:同步  ≠00:异步

                     D1D0的3种组合选择波特率因子(1、16或64)

    ②D3 D2:确定一个数据(字符)包含的数据位数

    ③D5 D4:确定要不要校验以及奇偶校验的性质

    ④D7D6:同步时用以指定位的位数

                    同步时确定是内同步还是外同步,以及同步字符的个数

    ❷工作命令

    ●指定8251A进行某种操作(如发送、接收、内部复位和检测同步字符等)或处于某种状态(如DTR),以便接收或发送数据

    ●格式

    ①D0:允许发送TxEN

               ♦D0=1:允许通过TxD线发送

               ♦D0=0:禁止发送

               ♦可作为发送中断屏蔽位

    ②D1:数据终端准备就绪DTR

               ♦D1=1:强置DTR有效(低电平),表示终端设备已准备好

               ♦D1=0:强置DTR无效

    ③D2:允许接收RxE

               ♦D2=1:允许通过RxD线接收

               ♦可作接收中断屏蔽位

    ④D3:发中止字符SBRK

               ♦D3=1:强迫TxD为低电平,输入连续的空号

               ♦D3=0:正常操作

    ⑤D4:错误标志位复位ER

               ♦D4=1:使状态字中的错误标志位(PE/OE/FE)复位

               ♦D4=0:错误标志不复位

    ⑥D5:请求发送RTS

              ♦D5=1:强迫RTS有效(低电平)

              ♦D5=0,不进行内部复位

    ⑦D6:内部复位IR

               ♦D6=1:内部复位

               ♦D6=0:不进行内部复位

    ⑧D7:进入搜索方式EH(只对同步方式起作用)

               ♦D7=1:启动搜索同步字符

               ♦D7=0:不搜索同步字符

    ●例:实现8251A复位

    MOV  DX, 309H       ; 8251A命令口

    MOV  AL, 01000000B  ;置D6=1.使内部复位

    OUT   DX, AL

    ●例:异步通信时,允许接收,同时允许发送

    MOV  DX, 309H         ; 8251A命令口

    MOV  AL, 00000101B    ;置D2=1.D0=1,允许接收和发送

    OUT   DX, AL

    ❸状态字

    ●作用

    报告8251能否开始发送或接受,以及接收的数据有无错误

    ●格式

    状态字是8251A在执行命令的过程中自动产生的,状态寄存器的某状态位  置1,表示有效

    ●出错转态位:D3~D5

    ①D3:奇偶错PE,接收器检测出奇偶错时,PE置“1”

                ♦PE有效并不禁止8251A工作

    ②D4:溢出错OE

                ♦前一字符未被CPU取走,单新字符又来了,则OE置“1”

                ♦OE有效并不禁止8251A工作,但溢出字符丢掉了

    ③D5:帧出错FE(只用于异步方式)

                ♦接收器在字符后面没有检测到停止位,则FE置“1”

    以上三个错误状态位,均由工作命令字的ER位复位

    ●例:串行通信发送数据之前需检查是否可以开始发送。D0

    ;检查状态字D0位是否置1,即查TxRDY = 1

    L:MOV  DX,309H        ;8251A状态口

       IN    AL,DX     

       AND  AL,01H              ;查发送器是否就绪

       JZ    L                            ;未就绪,则等待

    ●例:串行通信接收数据之前先检查是否可以开始接收。D1

    ; 查状态字的D1位是否置1,即查 RxRDY = 1?

    L: MOV  DX, 309H    ; 8251A状态口

    IN    AL, DX

    AND  AL, 02H            ; 查接收器是否就绪

    JZ     L                        ; 未就绪,则等待

    ●例:接收程序,检查出错信息D3~D5

    MOV  DX, 309H    ; 8251A状态口

    IN    AL, DX 

    TEST  AL, 38H      ; 0011 1000 检查D5,D4,D3三位

    JNZ   ERROR       ; 若其中有一位为1,则出错,并转入错误处理程序

    ●8251A初始化和操作流程

    ●方式命令、工作命令、状态字之间的关系

               ♦方式命令:约定通信方式和数据格式

               ♦工作命令:数据开始发送或接受

               ♦状态字:提供可发送或接收的条件

    ●注意:

           ♦传送数据前先初始化,确定发送方式与接收方式的通信格式

           ♦由于三个字没有特征位,且方式命令字和工作命令字放入同一端口,因而要求按一定顺序写入控制字,不能颠倒。

           ♦方式命令字必须跟在复位命令之后:即复位后的命令认为是方式命令

    ●例1:接收数据

    采用查询式接收数据。异步传送,波特率因子为64,7位数据位,偶校验,1停止位。8251A端口地址208。

    MOV  DX,209H             ;控制端口地址

    ;波特率因子64(11),7位数据位(10),偶校验(11),1停止位(01)。

    MOV  AL,7BH             ;01111011B:方式命令

    OUT  DX,AL

    ;接收数据(D2:1)、正常工作(D3:0)、清除错误标志(D4:1)

    MOV  AL,14H            ;00010100B:工作命令

    OUT  DX,AL

    WAIT:IN  AL,DX      ;读状态字

          AND  AL,02H       ;00000010:状态字

          JZ  WAIT                 ;检查RxRDY是否为1

          MOV  DX,208H    ;数据端口地址

          IN  AL,DX             ;输入数据

    ●例2:发送数据

    异步传送,波特率因子64,7位数据,偶校验,1位停止位。8251

    与外设有握手信号,查询方式发送数据。端口地址208H

          MOV  DX,209H        ;控制端口地址

    ;波特率因子为64(11),7位数据位(10),偶校验(11),1停止位(01)。

    MOV  AL,7BH               ;01111011B:方式命令

    OUT  DX,AL

    ;发送数据(D0:1)、正常工作(D3:0)、清除错误标志(D4:1)、请求发送(D5:1)

    MOV  AL,31H               ;00110001B:工作命令

    OUT  DX,AL

    WAIT:IN   AL,DX

          TEST  AL,01H       ;检查TxRDY是否为1

          JZ   WAIT                 ;(=0转WAIT)

          MOV  DX,208H      ;8251A数据端口地址

          MOV  AL,88H        ;输出的数据送AL

          OUT   DX,AL

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  • 串行外设接口(SPI)

    2019-10-07 10:18:26
    串行外设接口SPI学习笔记SPI简介SPI 特征SPI接口SPI功能描述SPI概述举例说明 SPI简介 SPI 是英语 Serial Peripheral interface 缩写,顾名思义就是串行外围设备接口。是 Motorola首先在其 MC68HCXX 系列处理器上...

    SPI简介

    SPI 是英语 Serial Peripheral interface 的缩写,顾名思义就是串行外围设备接口。是 Motorola首先在其 MC68HCXX 系列处理器上定义的。 SPI 接口主要应用在 EEPROM, FLASH,实时时钟, AD 转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。 SPI 是一种高速的,全双工,同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用四根线,节约了芯片的管脚,同时为 PCB 的布局上节省空间,提供方便,正是出于这种简单易用的特性,现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。
    串行外设接口(SPI)允许芯片与外部设备以半/全双工、同步、串行方式通信。此接口可以被配置成主模式,并为外部从设备提供通信时钟(SCK)。接口还能以多主配置方式工作。它可用于多种用途,包括使用一条双向数据线的双线单工同步传输,还可使用CRC校验的可靠通信。

    SPI 特征

    ● 3线全双工同步传输
    ● 带或不带第三根双向数据线的双线单工同步传输
    ● 8或16位传输帧格式选择
    ● 主或从操作
    ● 支持多主模式
    ● 8个主模式波特率预分频系数(最大为fPCLK/2)
    ● 从模式频率 (最大为fPCLK/2)
    ● 主模式和从模式的快速通信
    ● 主模式和从模式下均可以由软件或硬件进行NSS管理:主/从操作模式的动态改变
    ● 可编程的时钟极性和相位
    ● 可编程的数据顺序, MSB在前或LSB在前
    ● 可触发中断的专用发送和接收标志
    ● SPI总线忙状态标志
    ● 支持可靠通信的硬件CRC
    ─ 在发送模式下, CRC值可以被作为最后一个字节发送

    SPI接口

    ─ 在全双工模式中对接收到的最后一个字节自动进行CRC校验
    ● 可触发中断的主模式故障、过载以及CRC错误标志
    ● 支持DMA功能的1字节发送和接收缓冲器:产生发送和接受请求

    SPI功能描述

    SPI概述

    SPI框图见下图:
    在这里插入图片描述
    通常SPI通过4个引脚与外部器件相连:
    ● MISO:主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据,在主模式下接收数据。
    ● MOSI:主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据,在从模式下接收数据。
    ● SCK:串口时钟,作为主设备的输出,从设备的输入
    ● NSS:从设备选择。这是一个可选的引脚,用来选择主/从备。它的功能是用来作为“片选引脚”,让主设备可以单独地与特定从设备通讯,避免数据线上的冲突。从设备的NSS引脚可以由主设备的一个标准I/O引脚来驱动。一旦被使能(SSOE位), NSS引脚也可以作为输出引脚,并在SPI处于主模式时拉低;此时,所有的SPI设备,如果它们的NSS引脚连接到主设备的NSS引脚,则会检测到低电平,如果它们被设置为NSS硬件模式,就会自动进入从设备状态。当配置为主设备、 NSS配置为输入引脚(MSTR=1, SSOE=0)时,如果NSS被拉低,则这个SPI设备进入主模式失败状态:即MSTR位被自动清除,此设备进入从模式 。

    举例说明

    下图是一个单主和单从设备互连原理 :
    在这里插入图片描述
    1. 这里NSS引脚设置为输入
    MOSI脚相互连接, MISO脚相互连接。这样,数据在主和从之间串行地传输(MSB位在前)。通信总是由主设备发起。主设备通过MOSI脚把数据发送给从设备,从设备通过MISO引脚回传数据。这意味全双工通信的数据输出和数据输入是用同一个时钟信号同的;时钟信号由主设备通过SCK脚提供。
    2.从选择(NSS)脚管理
    2种NSS模式:
    ● 软件NSS模式:可以通过设置SPI_CR1寄存器的SSM位来使能这种模式(见图211)。在这种模式下NSS引脚可以用作它用,而内部NSS信号电平可以通过写SPI_CR1的SSI位来驱动
    ● 硬件NSS模式,分两种情况:
    ─ NSS输出被使能:当STM32F10xxx工作为主SPI,并且NSS输出已经通过SPI_CR2寄存器的SSOE位使能,这时NSS引脚被拉低,所有NSS引脚与这个主SPI的NSS引脚相连并配置为硬件NSS的SPI设备,将自动变成从SPI设备。当一个SPI设备需要发送广播数据,它必须拉低NSS信号,以通知所有其它的设备它是主
    设备;如果它不能拉低NSS,这意味着总线上有另外一个主设备在通信,这时将产生一个硬件失败错误(Hard Fault)。
    ─ NSS输出被关闭:允许操作于多主环境。
    注意事项:

    1. 在改变CPOL/CPHA位之前,必须清除SPE位将SPI禁止。
    2. 主和从必须配置成相同的时序模式。
    3. SCK的空闲状态必须和SPI_CR1寄存器指定的极性一致(CPOL为’1’时,空闲时应上拉SCK为
      高电平; CPOL为’0’时,空闲时应下拉SCK为低电平)。
    4. 数据帧格式(8位或16位)由SPI_CR1寄存器的DFF位选择,并且决定发送/接收的数据长度
      数据时序图:在这里插入图片描述

    SPI内部结构简明图

    在这里插入图片描述
    SPI接口一般使用4条线通信:
    1、MISO 主设备数据输入,从设备数据输出。
    2、MOSI 主设备数据输出,从设备数据输入。
    3、SCLK时钟信号,由主设备产生。
    4、CS从设备片选信号,由主设备控制。

    SPI工作原理

    ① 硬件上为4根线。
    ② 主机和从机都有一个串行移位寄存器,主机通过向它的SPI串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。
    ③ 串行移位寄存器通过MOSI信号线将字节传送给从机,从机也将自己的串行移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机。这样,两个移位寄存器中的内容就被交换。
    ④ 外设的写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作,主机只需忽略接收到的字节;反之,若主机要读取从机的一个字节,就必须发送一个空字节来引发从机的传输。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    #在这里插入图片描述

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  • 完成对被控对象直接控制,并把被控对象信息上报给上位机,异步串行通信是一种常用多机通信手段,本文介绍一种将RS232,RS485,及红外接口集成在一起PC机--单片机多功能通讯实验板,用于实现PC机与单片机间...
  • SPI串行通信接口是一种常用的标准接口,由于使用简单方便且节省系统资源,很多芯片都支持该接口,应用...文中主要研究SPI接口的时钟时序,并用具体电路实现具有4种不同极性和相位的时钟,最后通过仿真验证和FPGA验证。
  • 对来自微机串行命令进行操作,完成对被控对象直接控制,并把被控对象信息上报给上位机,异步串行通信是一种常用多机通信手段,本文介绍一种将RS232,RS485,及红外接口集成在一起PC机--单片机多功能通讯...
  • BREW中日志接口功能

    千次阅读 2011-03-19 11:46:00
    SDK中ILOGGER 接口为 AEE 层提供了通用记录的功能,共有三种主要的实现,应用程序作者通过使用以下一个ClassID 创建 ILOGGER 实例:– AEECLSID_LOGGER_FILE 向文件发送日志项;– AEECLSID_LOGGER_SERIAL 向...
  • 串行通信基本原理

    2021-02-03 17:53:15
    一、串口通信的基本原理串行端口的本质功能是作为CPU和串行设备间的编码转换器。当数据从CPU经过串行端口发送出去时,字节数据转换为串行的位。...25芯和9芯的主要信号线相同。以下的介绍是以25芯的RS-232C
  • 功能串行LED显示驱动器MAX72192002年,第29期,类别:电子产品与器件 MAX7219是美国MAXIM(美信)公司推出多位LED显示驱动器,采用3线串行接口传送数据,可直接与单片机接口,用户能方便...
  • Ltd)公司生产一种USB接口芯片,支持USB协议与并行I/O协议之间转换,文中主要介绍了FT245BM芯片内部结构、功能、工作原理,以及基于FT245BM芯片硬件接口设计及软件编程。 关键字:FT245BM;USB概要 通用...
  •  常用标准51单片机内部仅含有一个可编程全双工串行通信接口,具有UART全部功能。该接口电路不仅能同时进行数据发送和接收,也可作为一个同步移位寄存器使用。当以此类型单片机构成分布式多级应用系统时,...
  • GM8913型DC平衡双向控制串行器,其主要功能是实现将10或12位并行控制信号和一路时钟信号串行为一路2.8Gbps高速串行数据;同时接收低速通道信号实现模式配对的功能。 该芯片的主要应用领域是汽车Advanced Driver ...
  •  关键词:AT90S8515微控制器 串行接口UART 应用程序0 引 言 美国ATMEL公司推出90系列单片机是增强RISC内载Flash高性能八位单片机,通称为AVR单片机,设计上采用低功耗CMOS技术,而且在软件上有效支持C高级...
  • PC机具有强大监控和管理功能,而单片机则具有快速及灵活控制特点,通过PC机RS 232串行接口与外部设备进行通信,是许多测控系统中常用一种通信解决方案。因此如何实现PC机与单片机之间通信具有非常重要...
  •  关键词:AT90S8515微控制器 串行接口UART 应用程序  0 引 言  美国ATMEL公司推出90系列单片机是增强RISC内载Flash高性能八位单片机,通称为AVR单片机,设计上采用低功耗CMOS技术,而且在软件上有效...
  • PC机具有强大监控和管理功能,而单片机则具有快速及灵活控制特点,通过PC机RS 232串行接口与外部设备进行通信,是许多测控系统中常用一种通信解决方案。因此如何实现PC机与单片机之间通信具有非常重要...
  • 目前RS 232串口是PC机与通信工业中应用最广泛一种串行接口,它应用于点对点通信模式,实际使用中多采用最简单三线方式连接,即两端设备串口只连接收、发、地三根线,即可实现简单全双工通信。通信协议是两端...
  • JESD204B是JEDEC委员会制定一种串行接口标准,这种接口标准定义了数据转换器(ADC、DAC)和数字处理器(FPGA、 ASIC等)之间数字信号传输方式。它作为第三代标准,补充了JESD204、JESD204A这前两代标准不足之处。...
  • 摘要:GM8164是成都国腾电子设计中心生产具有大量I/O口扩展功能的串行接口芯片,该芯片具有扩展I/O口数量多,与单片机接口简单特点,文中介绍了该芯片性能、特点和工作方式,给出了GM8164与AT89C2051单片机...
  • 128Mb以上的串行闪存被认为是电子产品满足市场需求、增加更多功能的一个主要障碍。针对需要128Mb以上串行闪存应用要求,美光科技推出一个简单独一无二扩容解决方案。这个解决方案可以把存储容量轻松地扩大到4G...

空空如也

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串行接口的主要功能